制药工程原理与设备-03分离工程基础与设备4(液膜萃取)

（四）液膜萃取一、概述二、膜相的组成三、液膜萃取的机理四、影响液膜萃取的因素一、概述液膜：由水溶液或有机溶剂构成的液体薄膜。1.特点：液膜可以将与之不互溶的液体分隔开来，可同时实现萃取和反萃取。2.种类：根据液膜的结构分为：1）乳状液膜2）支撑液膜3）流动液膜1）乳状液膜分类：（W/O）/W（O/W）/O乳状液膜膜溶液的组成：膜溶剂、表面活性剂、添加剂。膜溶剂：实现萃取的主要物质；表面活性剂：稳定液膜的作用；添加剂：促进溶质跨膜输送；2）支撑液膜支撑液膜是将多孔高分子固体膜浸在膜溶剂中，使膜溶剂充满膜的空隙形成液膜。特点：比乳状液膜结构简单，放大容易。3）流动液膜流动液膜采用可循环流动的液膜相，不仅弥补了支撑液膜膜相容易流失的缺点，而且萃取操作可以实现连续操作，不必为了液膜的再生停止萃取。结构：流动的液膜在一多孔膜内部流动二、膜相的组成1）膜溶剂：对液膜的性能和液膜萃取操作影响很大。研究表明：膜溶剂的粘度是影响乳状膜稳定性、液膜厚度和液膜传质阻力的重要参数：膜溶剂粘度大，可以增大液膜的厚度，提高液膜的稳定性，但溶质穿过液膜的传质阻力增大，不利于溶质的快速迁移；膜溶剂的粘度较小，液膜厚度小，传质系数大，但液膜不够稳定，操作中容易破损，影响分离。2）表面活性剂表面活性剂对乳状液膜有稳定作用，同时对液膜的渗透有显著的影响。原理：加入表面活性剂明显改变了相界面的表面张力。规律：表面活性剂的浓度越大，液膜的稳定性越高，液膜萃取效果越好；但，表面活性剂的浓度增大，液膜的厚度和粘度也增大，萃取速率就会下降。3）流动载体流动载体有萃取剂的作用，可以促进溶质的迁移。这使得液膜具有了生物膜活性的功能。对流动载体的要求：（1）流动载体仅溶于液膜。（2）流动载体对目标分子有特异性的输送功能。三、液膜萃取的机理根据待分离溶质种类的不同，分为：单纯迁移、反萃相化学反应促进迁移、膜相载体输送。1.单纯迁移原理：根据料液中各种溶质在膜相中的溶解度（分配系数）和扩散系数的不同进行萃取分离。2.反萃相化学反应促进迁移原理：在反萃取相中存在一种或几种化学物质与膜传过的溶质发生反应，保持溶质在膜两侧的浓度差，促进迁移的进行。3.膜相载体输送在膜相加入可与目标产物发生可逆化学反应的萃取剂C，目标产物与该萃取剂C在膜相的料液一侧发生正向反应生成中间产物。此中间产物在浓差作用下扩散到膜相的另一侧，释放出出目标产物。利用膜相中流动载体选择性输送作用的传质机理称为载体输送。类别：反向迁移、同向迁移1）反向迁移供能物质与目标溶质迁移方向相反。特点：反向迁移实现了目标溶质从低浓度区向高浓度区的迁移，但它以另外一种溶质（供能溶质）从高浓度区向低浓度区迁移为代价。2）同向迁移供能物质与目标溶质迁移方向相同。过程：（1）目标溶质离子和流动载体反应生成配离子；（2）配离子和另外一种溶质离子缔和形成一种新物质扩散到反萃相。四、影响液膜萃取的因素1.PH值对于氨基酸和有机酸等弱电解质溶质，料液的pH值直接影响其荷电形式及不同电荷形式溶质的存在分率，从而影响萃取率。选择性S随着pH的增大而增大。PA-目标成分的透过系数;PX-杂质的透过系数；XAPPS2.流速（搅拌速度）流体流动状态为滞流，透过系数随流速的增大而增大。当流速增大一定程度，透过系数不再随流速的增大而增大了。显然，当流速较低时，水相滞流底层的液膜传质阻力不能忽略。3.共存杂质利用选择性较低的离子交换萃取剂为流动载体，当料液中存在与目标分子带相同电荷的杂质时，由于杂质与载体发生竞争性反应，减小了用于目标分子和供能离子输送的载体量，从而可引起目标分子透过通量的下降。4.反萃相对于反萃相化学反应促进迁移和膜相流动载体促进迁移的萃取过程，反萃相的组成和浓度影响萃取速率和选择性。5.操作温度提高操作温度，溶质的扩散系数增大，有利于萃取速率的提高。但在较高的温度下，液膜粘度降低，膜相挥发速度加快，甚至造成表面活性剂的水解，对维持液膜的稳定性不利。因此，液膜萃取分离一般在常温下操作可保持较好的萃取效率，并可节省热能消耗。6.萃取操作时间乳状液膜为高度分散体系，相间接触比表面积极大，并且液膜很薄，传质阻力小。因此在短时间内即可萃取完全。如果萃取时间过长，反而会引起液膜的破坏，降低分离效果。